Reforma a vapor do etanol com captura de dióxido de carbono utilizando catalisadores à base de níquel e cálcio dopados com materiais inertes

Abstract

O processo de reforma a vapor do etanol com captura de CO2 tem sido estudado devido às suas diversas vantagens dos pontos de vista industrial e sustentável. Para viabilizar esse processo, neste trabalho, foram estudados catalisadores bifuncionais à base de níquel e CaO dopados com Ca12Al14O33 e CeO2, na reação de reforma a vapor do etanol, visando à produção de hidrogênio. Os suportes CaO e CaO/Ca12Al14O33 foram sintetizados pelo método sol-gel e o suporte CaO/Ca12Al14O33/CeO2 foi preparado pelo método sol gel seguido de impregnação seca com nitrato de cério. Em seguida, os suportes foram impregnados com nitrato de níquel e calcinados a 900 °C, obtendo-se os catalisadores: NiCa (Ni/CaO), NiCaAl (Ni/CaO/Ca12Al14O33) e NiCaAlCe (Ni/CaO/Ca12Al14O33/CeO2). Esses materiais foram caracterizados por diferentes técnicas (difração de raios-X, espectroscopia de sorção de raiosX, microscopia eletrônica de varredura, fisissorção de N2 e análise termogravimétrica) e avaliados quanto à capacidade de captura de CO2. Além disso, os catalisadores foram submetidos a 10 ciclos de reação e regeneração, no processo de reforma a vapor do etanol com captura de CO2. As análises de caracterização das amostras revelaram uma relação inversa entre o diâmetro médio de cristalito do CaO e a capacidade de sorção de CO2. A adição de maienita ao catalisador NiCa reduziu pela metade o diâmetro de cristalito do CaO e aumentou a interação entre a fase ativa e o suporte nas amostras NiCaAl e NiCaAlCe. Foram verificadas maiores estabilidade e atividade catalítica para os catalisadores dopados, sendo esses fatos justificados pela presença dos inertes, que atuaram como barreiras físicas e evitaram a sinterização do CaO. A adição de CeO2 ao catalisador NiCaAl não trouxe benefícios significativos, embora NiCaAl e NiCaAlCe tenham comprovado suas estabilidades durante os ciclos reacionais pois, não perderam capacidade de captura de CO2 ao longo dos 10 ciclos. No período de prebreakthrough, para todas as amostras, foram obtidas altas frações molares de H2 (~90 %) em todos os ciclos. Devido à ocorrência de captura de CO2, essas frações foram superiores às frações da reforma a vapor do etanol convencional, uma vez que o equilíbrio foi deslocado na produção de H2. No período de postbreakthrough, o catalisador NiCaAl apresentou as maiores frações molares de H2 (em todos os ciclos). Além disso, NiCa e NiCaAlCe tiveram frações de H2 parecidas no decorrer dos ciclos.